第十章材料热力学 与固态相变基础 合金自由能的计算 自由能随成分变化规律 相平衡原理 相图与吉布斯自由能曲线 固态相变概论 总结与回顾一一材料的成分、加 工工艺对组织、性能的影响
第十章 材料热力学 与固态相变基础 • 合金自由能的计算 • 自由能随成分变化规律 • 相平衡原理 • 相图与吉布斯自由能曲线 • 固态相变概论 • 总结与回顾－－材料的成分、加 工工艺对组织、性能的影响
引言 平衡状态:系统吉布斯自由能处于最低所对应的状态。 相图:表述物质的成分、环境条件与平衡状态下存在相之间关 系的图形。 相图的测定方法:一般用物理方法来进行,利用不同组成相 所具有的不同物理性能特征参数或性能变化时的表现出物理两 地变化特征来进行测定工作。例如常用的热分析法、热膨胀系 数/比容变化、磁性法等等。 计算法预测相图:由材料的成分判断可能组成的相结构,计 算在某一温度下的自由能,找出合适组成相或他们之间的组合 达到能量最低的状态(平衡态),从而确定相图的结构。随着热 力学数据的积累,计算机能力提高和普及,这种设想现在逐步 可以实现
引言 平衡状态：系统吉布斯自由能处于最低所对应的状态。 相图：表述物质的成分、环境条件与平衡状态下存在相之间关 系的图形。 相图的测定方法：一般用物理方法来进行，利用不同组成相 所具有的不同物理性能特征参数或性能变化时的表现出物理两 地变化特征来进行测定工作。例如常用的热分析法、热膨胀系 数/比容变化、磁性法等等。 计算法预测相图：由材料的成分判断可能组成的相结构，计 算在某一温度下的自由能，找出合适组成相或他们之间的组合， 达到能量最低的状态(平衡态)，从而确定相图的结构。随着热 力学数据的积累，计算机能力提高和普及，这种设想现在逐步 可以实现
第一节固溶体自由能的计算 纯组元自由能与温度的关系 两相混合自由能的计算 固溶体的自由能与成分温度的关系 混合过程中S的变化 混合过程中的变化
第一节 固溶体自由能的计算 • 纯组元自由能与温度的关系 • 两相混合自由能的计算 • 固溶体的自由能与成分温度的关系 • 混合过程中S的变化 • 混合过程中H的变化
纯组元自由能与温度的关系 G(T)=H(7)-7S(7) G(T)=Ho-TSo+L Cpdr-T dT T 其中H和S为标准状态下(25℃,一个大气压)的值, 可以查相关的热力学资料得到
纯组元自由能与温度的关系 其中H0和S0为标准状态下(25℃,一个大气压)的值， 可以查相关的热力学资料得到
两相混合自由能的计算 设同样有A、B两组元组成的两相a和B 的成分(原子百分比)为x1,B的成分 (原子百分比)为x2,a和B两相所占地比 例分别为N和N2(原子百分比),显然N1+N202222 混合后的成分为:x=x1N1+x2N2 每摩尔混合物的自由能:G=NG1+Ng=x 由于x=x1(1-N2)+x,N,N?12 x-1 G-G. G X-x 或G=G1+(G2-G1) 在G一X的图形中,G1、G、G2三点在一直线上,并服从杠杆定律
两相混合自由能的计算 设同样有A、B两组元组成的两相α和β， α的成分(原子百分比)为x1，β的成分 (原子百分比)为x2，α和β两相所占地比 例分别为N1和N2 (原子百分比),显然N1＋N2 ＝1。 在G－X的图形中，G1、G、G2三点在一直线上，并服从杠杆定律